Témata
Reklama

Historie hexapodů...

12. 11. 2003

Hexapody jsou souhrnně nazývány stroje s paralelní kinematickou strukturou. U těchto struktur jsou teleskopická ramena (jako jejich charakteristický konstrukční znak) řazena vedle sebe, tj. paralelně

Během posledních dvou desítek let na sebe hexapody upoutaly značnou pozornost nejen z řad výrobců obráběcích strojů a průmyslových robotů, ale i univerzit a výzkumných laboratoří. Objevilo se mnoho článků, uveřejněných v nejrůznějších odborných časopisech a sbornících konferencí, kde se autoři většinou jen zmíní o tom, že první hexapod navrhl v roce 1949 Gough a že základem pro konstrukčně netypické obráběcí stroje s paralelní kinematickou strukturou je tzv. Stewartova plošina. Vlastnosti mechanismu s touto plošinou popsal v roce 1965 dr. Stewart, a proto se pojem Stewartova plošina používá jako synonymum k pojmu hexapod, tedy mající "šest nohou". V tomto článku se podíváme na historii hexapodů poněkud podrobněji a pokusíme se objasnit, jak to vlastně je s pojmy, které se v oblasti konstrukce a následného provozování strojů s paralelní kinematikou běžně používají.
Reklama
Reklama
Reklama

Jak to začalo?

Jak již bylo řečeno, hexapody se řadí do skupiny mechanismů, vyznačujících se paralelní kinematickou strukturou (PKS). Některé teoretické problémy z oblasti PKS byly zmíněny již v roce 1645 Christopherem Wrenem, následně pak v roce 1813 Cauchym (studoval tuhost takzvaného "kloubového oktahedronu"), v roce 1867 Lebesguem a v roce 1897 Bricardem. První dochované zmínky o praktickém použití PKS se datují od roku 1928, kdy si James E. Gwinnett přihlásil k patentování pohyblivou plošinu, která měla být uplatněna v zábavním průmyslu. Není sice přesně známo, zda šlo o úplně první paralelní kinematický mechanismus, ani zda byl někdy postaven, ale zatím je to první doložený důkaz o úmyslu použít paralelní mechanismus v praxi.

První návrhy

O několik desítek let později navrhl Willard L. V. Pollard první paralelní robot. Byl určen ke stříkání nátěrových hmot, měl 5 stupňů volnosti a skládal se ze tří dvoudílných ramen. Všechna ramena byla tvořena bázovým a okrajovým ramenem, která spojovaly univerzální klouby. Bázová ramena byla natáčena pohony uloženými na bázi. Dvě okrajová ramena byla spojena se třetím ramenem kulovými klouby, zatímco koncový efektor byl spojen právě s třetím ramenem přes univerzální kloub. Tři motory otáčející rameny určovaly polohu efektoru a čtvrtý, též uložený na bázi, zajišťoval orientaci prostřednictvím flexibilních otočných kabelů. Tento patent, ve kterém byla popsána především mechanická část stroje, byl Pollardovi vydán 16. června 1942. Robot měl být ovládán pomocí řídicího systému, který navrhl a patentoval Pollardův syn Willard L. G. Pollard Jr. Patent Pollarda Jr. obsahoval návrh elektrického řídicího systému pro ústrojí na stříkání nátěrů a byl schválen již 27. srpna 1940. I když byl vydán patent jak pro řídicí část, tak pro část mechanickou, nebyl Pollardův paralelní robot nikdy postaven.

Stavba prvního netradičního stroje

O několik let později, v roce 1947, byl "na druhé straně Atlantiku" vymyšlen nový paralelní mechanismus, tzv. oktahedrální hexapod, s proměnlivou délkou ramen. Sestavil jej dr. Eric Gough, který pracoval u firmy Dunlop Rubber Co. v Anglii. Hexapod sloužil ke zkoumání vlastností pneumatik zatížených silami, které vznikají při přistávání letadla. V době, kdy dr. Gough přenesl své myšlenky na papír, byla soustava se šesti lineárními pohony již známa a běžně byly vyráběny mechanismy s třemi vodorovnými a třemi svislými lineárními pohony označované jako MAST, tedy Multi-Axis Simulation Table. Tyto mechanismy se využívaly pro zkoušení a testy působení vibrací na nejrůznější komponenty, např. v automobilovém průmyslu na testování součástí interiéru silničních vozidel. Novou záležitostí u Goughova stroje však bylo uspořádání ramen, které za účelem zvýšení rozsahu pohybu sestavil do tvaru oktahedronu - tedy osmistěnu. Konstrukci Goughova stroje tvořila pevná a pohyblivá plošina a šest ramen, jejichž délka byla přestavována ručně pomocí stavitelných šroubů. Ramena byla s plošinami spojena pomocí univerzálních kloubů. Na pohyblivou plošinu byla namontována druhá hexapodická struktura, která sloužila k zavěšení pneumatiky a ústrojí, jež mělo pneumatiku roztáčet a současně tato pomocná plošina umožňovala měřit síly působící na pneumatiku. Stroj se začal stavět v roce 1950 a plně funkční byl o čtyři roky později.

Letecké simulátory

V roce 1965 se objevil slavný Stewartův spis. V tomto spisu autor popisuje pohyblivou plošinu se šesti stupni volnosti (6 DOF), zkonstruovanou jako simulátor letecké kabiny. Je malým slovním paradoxem, že se dnes často používá k označení oktahedrálních hexapodů pojmu Stewartova plošina, ačkoliv Stewartem navržený mechanismus nemá oktahedrální uspořádání ramen. Stewartův spis se však stal velmi populárním a měl značný vliv na následující vývoj v oblasti paralelních mechanismů.
Vraťme se ale do roku 1962 do Ameriky, přesněji do USA. Na Franklinově institutu výzkumných laboratoří ve Philadelphii dostal inženýr Klaus Cappel za úkol vylepšit existující konvenční vibrační systémy MAST. Cappel se pokusil nahradit tři vodorovné členy čtyřmi uspořádanými do kruhu, ale to příliš zkomplikovalo řízení a navíc protichůdně působící síly způsobovaly lámání plošiny. Toho se pozoruhodně zbavil tím, že použil stejné oktahedrální uspořádání ramen jako navrhl dr. Gough. Cappel přihlásil svůj "pohybový simulátor" k patentování v prosinci 1964. Ve skutečnosti patentová přihláška a myšlenka pohybového simulátoru vyplývala z požadavku kanceláře společnosti Sikorsky Aircraft Division United Technologies, a to na návrh a stavbu cvičné pilotní kabiny vrtulníku se 6 DOF, a tak byla během šedesátých let minulého století vyrobena první cvičná pilotní kabina s kinematickým řetězcem oktahedrálního hexapodu. Lze konstatovat, že to byl počátek éry rozvoje PKS v oblasti leteckých simulátorů.

Závěr

Je důležité uvědomit si obsah běžně užívaných slov a důsledně rozlišovat význam pojmů hexapod, oktahedrální hexapod a paralelní mechanismus. Ve stručnosti lze tvrdit, že paralelní mechanismus je mechanismus, jehož členy jsou řazeny vedle sebe, tj. paralelně. Hexapod můžeme chápat jako paralelní mechanismus se šesti rameny s různým uspořádáním, zatímco oktahedrální hexapod (např. Goughův stroj) je paralelní mechanismus, který má šest ramen uspořádaných tak, že tvoří hrany osmistěnu.
Předtím než se paralelní mechanismy začaly využívat v oblasti výrobních strojů, byly již používány v jiných odvětvích průmyslu. Z tohoto hlediska nešlo o žádnou převratnou novinku, ale spíš o použití a zviditelnění již dlouho známé myšlenky v oblasti vývoje, projekce, konstrukce, výroby a provozování například rozsáhlého odvětví - výrobních strojů a průmyslových robotů. Zatímco paralelní robot W. L. V. Pollarda naznačil možnost využití PKS v robotice, stroj dr. Erica Gougha položil základy dnešním obráběcím strojům s paralelní kinematikou a byl také prvním vyrobeným oktahedrálním hexapodem. Jen o pár let později nezávisle na Goughovi se v Americe díky Klausi Cappelovi začal používat oktahedrální hexapod jako pohybový simulátor pro stavbu cvičných pilotních kabin. Téměř ve stejnou dobu přišel v Británii s podobným návrhem Stewart, ale na rozdíl od Cappelova stroje nešlo o hexapod oktahedrální, a navíc nebyl nikdy vyroben. Velkým přínosem Stewartovy výzkumné zprávy bylo to, že představil PKS širšímu okruhu odborné veřejnosti, a tím příznivě ovlivnil následující vývoj v dané oblasti. Mimo jiné Stewart také navrhl různé možnosti využití PKS v oblasti obráběcích strojů, čímž úspěšně předpověděl jejich budoucí využití.
Reklama
Vydání #11
Kód článku: 31118
Datum: 12. 11. 2003
Rubrika: Trendy / Pohony
Autor:
Firmy
Související články
Místo převodovky řemenové pohony

Synchronní řemeny se v mnoha průmyslových odvětvích prosazují jako nejlepší volba.

Lineární vedení NSK s vylepšeným těsněním

Společnost NSK představila na veletrhu EMO 2019 optimalizovanou řadu válečkového vedení RA s vylepšeným těsněním. Lineární vedení RA jsou vybavena novými těsněními V1 a vylepšeným krytem, které pomáhají prodloužit životnost a spolehlivost obráběcích strojů.

Kompaktní pohony s dutou hřídelí

Kompaktní, robustní, cenově výhodné… Jsou-li stanoveny požadavky na stroje, musí zareagovat i poskytovatelé řídicí a pohonné techniky. Jejich inovace jsou důležité pro vývoj konstrukcí strojů.

Související články
Nová koncepce dvoupotrubních centrálních mazacích systémů

Oproti jiným typům ztrátových centrálních mazacích systémů, dále jen CMS, mají dvoupotrubní mazací systémy zásadní přednost v tom, že dávkovače jsou plněny novým mazivem přetlakově. To je předpoklad pro spolehlivé mazání strojů a strojních zařízení.

Reklama
Reklama
Reklama
Reklama
Související články
Řemenové převody přinášejí dynamiku do intralogistiky

Na hannoverském veletrhu se mohli návštěvníci seznámit s inovativními řešeními pro skladovou logistiku, jež vyvinula společnost Continental. Jedná se například o ozubené řemeny Conti Synchrodrive, které nacházejí uplatnění u sloupových zakladačů vysokoregálových skladů, ploché pásy Conti Polyflat pro zdvihací a závěsné systémy či drážkové řemeny Conti Multirib, které se používají v pohonu válečkových tratí.

Ready made lineární osy s ozubeným řemenem

Pomocí lineární osy je realizován pohyb v přímém směru a jedná se tak o výborný výchozí konstrukční prvek pro stavbu strojů, automatizačních linek a polohovacích zařízení s potřebou přesného lineárního pohybu ve více osách (typicky například CNC stroje). V posledních letech došlo navíc k výraznému snížení cen a lineární osy se tak stávají dostupné i pro dosud zapovězené oblasti. V neposlední řadě je podstatnou výhodou u tzv. ready made produktů dodávka již smontovaného dílu připraveného k okamžitému použití v zákaznické aplikaci.

Inteligentní motor střižený na míru

Mechatronická pohonná jednotka g350 představuje nový kompaktní mechatronický pohonný balíček, který firma Lenze uvádí na trh ve třech výkonnostních provedeních. Zařízení je koncipováno speciálně pro horizontální přepravní techniku.

Výpočet zbývající doby běhu valivých ložisek

Na veletrhu Hannover Messe 2016 představila společnost Schaeffler novou digitální službu – výpočet nominální zbývající doby běhu valivých ložisek v provozu na základě reálného souboru zatížení.

Bezúdržbové klínové řemeny

U klínových řemenů uživatelé oceňují tichý chod, jednoduchou instalaci a funkci bezpečnostní spojky při přetížení, kterou klínové řemeny plní díky možnosti krátkodobého prokluzu. Nicméně klínové řemeny vyžadují ne vždy levnou a snadnou údržbu. Obzvláště v nepřetržitých provozech či těžko dostupných pohonech se obecné doporučení kontrolovat a dopínat klínové řemeny každých 2 000 provozních hodin obtížně splňuje. Výsledkem bývají ztráty účinnosti, energie a krátká životnost pohonu. Klínové řemeny, jak je známo, bez dopnutí prokluzují. Co ale bývá zanedbáváno, je vliv zvýšených vibrací při nízkém napnutí klínových řemenů. Tyto vibrace mají velmi negativní vliv na životnost ložisek a jiných součástí zařízení. Zde se zaměříme na správnou údržbu a na novinku na trhu – bezúdržbové klínové řemeny.

Univerzální kyvný pohon

Modulární, odolný, univerzální – to jsou hlavní vlastnosti nového čtvrtotáčkového pohonu DFPD společnosti Festo. Tento pohon s ozubeným hřebenem a pastorkem je určen pro splnění nejrůznějších požadavků ve zpracovatelském průmyslu.

Certifikace testovacího postupu pro výpočty životnosti valivých ložisek

Certifikátor Germanischer Lloyd (GL) udělil společnosti Schaeffler osvědčení „Assessment of the method to investigate rolling bearing rating life“ (Posouzení metody zjišťování jmenovité životnosti valivých ložisek). Poprvé tak byl certifikován samotný postup, a ne každý jednotlivý faktor ovlivňující životnost, jak bylo dosud vyžadováno.

Ložiska pro lineární pohyb

Během posledních let se neustále zvyšují nároky na moderní lineární technologii, zejména pokud jde o únosnost, tuhost a životnost. Souběžně však rostou rovněž požadavky uživatelů na jednoduchost montáže a snižování nákladů na údržbu. Aby firma SKF dokázala uspokojit všechny tyto požadavky zákazníků, přichází na trh s novou řadou D lineárních kuličkových ložisek LBC.

EtherCAT pro centrální řízení pohybů

Při centrálním řízení pohybů se musí v každém cyklu po sběrnici přenášet požadovaná hodnota na připojené pohony. Vlastnosti použitého sběrnicového systému jsou proto rozhodující pro dosažitelnou přesnost a dynamiku koordinovaných pohybů. EtherCAT zde proti konvenčním datovým sběrnicím nebo jiným sběrnicím Ethernet pro průmyslové využití nabízí jasné výhody.

Spojky používané v dolech

Spojka iLok je odpovědí na tradiční skobové spojky používané v dolech. Je navržena speciálně pro zvýšení bezpečnosti a podstatné zkrácení odstávky při odpojování a opětovném spojování spojky, což je u důlních instalací využívajících metodu „longwall“ klíčový problém.

Reklama
Předplatné MM

Dostáváte vydání MM Průmyslového spektra občasně zdarma na základě vaší registrace? Nejste ještě členem naší velké strojařské rodiny? Změňte to a staňte se naším stálým čtenářem. 

Proč jsme nejlepší?

  • Autoři článků jsou špičkoví praktici a akademici 
  • Vysoký podíl redakčního obsahu
  • Úzká provázanost printového a on-line obsahu ve špičkové platformě

a mnoho dalších benefitů.

... již 25 let zkušeností s odbornou novinařinou

      Předplatit